基于质谱多反应监测技术（MRM）的蛋白质定量策略及其在肝癌生物标志物研究中的应用

肝癌是一种严重危害人类健康的恶性肿瘤,在中国占癌症死亡率的第二位,年死亡率约为20.37/10万^[1]。肝癌的早期发现是提高疗效延长患者生存时间的关键。寻找和研究特异性强、灵敏度高的肝癌生物标志物蛋白质作为肝癌的早期诊断或预警对于改善肝癌早期诊断率低的状况尤为重要。近几年来,基于质谱技术的蛋白质组学发展加快了生物标志物的研究进程^[2]。采用差异蛋白质组技术,通过比较健康和疾病状况下的蛋白质表达量变化,能获得大量与肝癌发生、发展相关的生物标志物候选蛋白质。然而,从这些候选蛋白质列表中,筛选与疾病发生发展更为密切的生物标志物,确证其在临床检测中的特异性和灵敏度却成为目前生物标志物研究流程中的瓶颈^[3]。传统的生物标志物确证的主要方法是基于免疫学原理的Western-blot和ELISA,由于特异性抗体获取困难制备周期长,使大量生物标志物候选蛋白质确证工作受到限制^[4]。而发展基于质谱MRM技术的蛋白质生物标志物候选蛋白质的定量验证策略,不需要进行特异性抗体的合成,为解决验证工作的瓶颈提供了一种新思路^[5]。 Vitronectin蛋白和clusterin蛋白在各种恶性肿瘤的发生、发展中起到重要作用,并且也有研究报道认为这两种蛋白质在血清中的表达水平与肝功能受损密切相关。在本研究中,通过采用18O稳定同位素标记方法合成肽段内标并结合MRM质谱检测技术,建立了一种方便快捷的蛋白质绝对定量方法并用于以上两种生物标志物候选蛋白质在肝癌血清中的定量确证。首先针对血清样品干扰组分多和动态范围宽的特点,优化质谱MRM检测条件,引入丙酮沉淀技术改善样品预处理步骤,设计优化的液相色谱分离条件,最终满足了多个血清样本的高通量测定要求。然后,考察了定量方法的可靠性,包括特异性、精密度、准确度、预处理回收率、测定重复性以及定量线性。方法学验证结果显示,在0.4~40 fmol•µL^－1的浓度变化范围内定量测定线性相关性良好,r2值大于0.99。蛋白质最低定量限为0.4 fmol•µL^－1。精密度RSD＜11.96%,准确度RE%＜20%。预处理回收率大于87%,测定重复性RSD＜6.87%。最后,采用建立的方法进行了20例临床血清样本的检测,其中10例健康血清,10例肝癌血清。两组定量数据的统计分析采用非参数统计方法Mann-Whitney检验。在血清样品中测定的vitronectin 和clusterin浓度变化区间分别为 48.28~265.45 mg•L^－1和49.41~136.93 mg•L^－1。统计结果显示两种蛋白质在肝癌组血清样品中浓度呈下调变化（p＝0.049;p＝0.002）,为进一步开展大样本的临床验证提供了基础。     

基于酰胺化的化学标记技术在磷酸化多肽分析中的应用

蛋白质的翻译后修饰复杂多样,通过激酶与磷酸酶调控的磷酸化是最广泛、最重要的翻译后修饰之一。定量分析磷酸化蛋白质的动态变化,有利于阐明磷酸化修饰调控生命活动的机理,了解其在实现生物功能过程中的作用。以质谱为核心的分析方法是当前蛋白质翻译后修饰研究中最常用的定量技术,主要包括无标记定量、内标绝对定量、化学标记等。本文将一种用于蛋白质糖基化分析的标记方法应用于磷酸化多肽的研究。使用二甲胺标记蛋白质的所有酶解肽段,被酰胺化的羧基可提高TiO₂对磷酸化多肽的富集特异性以及液相色谱-质谱（LC-MS）检测的灵敏度。稳定同位素标记实验表明,该方法适用于高通量磷酸化多肽的相对定量分析。基于二甲胺衍生的化学标记法在磷酸化多肽的质谱分析中具有优势,有望成为生物组织中磷酸化蛋白质研究的有力工具。     

基于液相色谱-质谱联用技术的蛋白质类肿瘤标志物定量方法研究进展

液相色谱-质谱（LC-MS）联用技术因具有高通量、高灵敏度等优点而成为发现、验证生物标志物及对生物标志物进行定量分析的有力工具。近年来,LC-MS在临床应用中,特别是在定量肿瘤生物标志物方面做出了重要贡献。研究人员通过不同的设计原理开发出多种定量方法,逐步实现了对高度复杂样品中蛋白质类肿瘤标志物的准确定量。本文从用于定量蛋白质类肿瘤标志物的样品前处理方法及LC-MS分析中的质谱扫描策略两个方面,对近年来的主要定量方法进行总结。     

人唾液蛋白质组的纳升液相色谱-高分辨串联质谱鉴定及高丰度蛋白质分析

常规的定性分析质谱数据能否以及如何应用于蛋白质组学的相对定量分析是实际工作中经常遇到的问题。本研究采用一维纳升液相色谱-高分辨串联质谱（nano-HPLC-Triple TOF 5600）法鉴定人唾液蛋白质组,并分析其基本组成,以探讨质谱数据与唾液中高丰度蛋白质的相关性。本实验共鉴定了6044条特异性酶切肽段,归属于α-淀粉酶1、碳酸酐酶6、血清白蛋白、粘蛋白、半胱氨酸蛋白酶抑制剂和免疫球蛋白等各种已知的高丰度蛋白质在内的521个蛋白,这为一维纳升液相色谱分离条件下的唾液蛋白质组的基本组成分析提供了参考。结果表明,仅用蛋白质排序指标Unused值表征蛋白质的相对含量具有局限性,而蛋白质排序、检出肽段数目和肽段平均强度等综合指标与蛋白质相对含量具有正相关性,即排名较后的蛋白质均只有1条肽段被检出,且肽段强度较低。这说明,当蛋白质相对含量差别较大时,肽段的化学性质和电离效率差异对质谱信号的影响已不占主要地位,即可以认为当肽段检出数目、鉴定覆盖率和肽段强度均较低时,蛋白质的相对含量也较低。该结果可为利用Triple TOF 5600质谱仪的定性鉴定数据进行初步半定量判断提供参考,也可为唾液蛋白质组生物标志物研究提供借鉴。     

质谱在生物标志物研究中的应用

生物标志物是一个指示剂,可以对其进行测定并用以解释正常生理过程、病理过程及治疗药物的药理学效应,广泛的应用于药物研发和临床诊断中。生物标志物的研究涉及多种技术平台和方法,其中基于质谱的研究方法无论在生物标志物的发现还是确证过程中都有着广泛的应用。本文讨论了基于质谱的研究方法在通常的生物标志物以及阿尔茨海默氏症研究中的进展。     

碰撞诱导解离下二甲胺衍生多肽的碎裂特征研究

串联质谱技术可以测定蛋白质酶解产物的分子质量、定位修饰位点、获取氨基酸序列信息等，已成为蛋白质组学领域的重要分析手段。鉴于酸性氨基酸能够在串联质谱分析中对多肽的裂解过程产生重要影响，本文通过二甲胺将多肽的羧基酰胺化，从而改变肽段在碰撞诱导解离模式下的碎裂特征。较未衍生多肽而言，被衍生多肽既可以产生特征性碎片离子，例如m/z 129.10/135.14,也易于产生种类更丰富的a、b、y、z离子。此外，羧基的中性化可在一定程度上抑制磷酸化多肽的中性丢失。这些特点使得基于羧基酰胺化的衍生方法有望展现在肽段表征分析方面的应用价值。     

MALDI-TOF生物质谱成像技术的进展

随着MALDI-TOF等生物质谱仪器性能的提升和应用领域的扩大,基于MALDI的质谱成像技术已成为研究肿瘤标志物、药物代谢、脂类分布等方面的有力手段。最新样品前处理方法以及自动化基质喷涂等技术的发展,大大提高了质谱成像技术的灵敏度和分辨率。利用原位酶切技术直接鉴定组织切片上的蛋白质和多肽是IMS当前的热点和关键。体内药物代谢物分布、脂类物质分布以及植物组织的质谱成像等研究逐渐成为新的应用热点。本文较系统地介绍了生物组织质谱成像技术的研究进展。     

一种基于iSRM策略的蛋白质组质谱数据分析工具

由于重复性好、定量精度高,基于质谱的选择反应监测（SRM）技术在蛋白质定量分析中的应用越来越广泛。智能选择反应监测（iSRM）是一种新型的SRM实验策略。针对该策略产生的质谱数据,开发了一个肽段定量信息提取工具--iSQuant。该工具使用MATLAB脚本语言编写,简便易用。利用重复实验数据和标准实验数据对iSQuant的性能评估表明,iSQuant具有优越的可重复性能,定量结果和理论丰度线性度很高。     

基质辅助激光解吸飞行时间串联质谱法进行肌红蛋白的从头测序

蛋白质的序列测定对于蛋白质的鉴定具有重要意义.传统的Edman降解测序法对样品纯度有很高的要求,而且操作比较繁琐.在蛋白质组研究中广泛采用串联质谱法测定蛋白质水解肽段的部分氨基酸序列(肽序列标签),通过数据库检索来鉴定蛋白质[1,2].本工作采用反相色谱法分离肌红蛋白的酶切肽段,用基质辅助激光解吸电离飞行时间串联质谱(MALDI-TOF-TOFMS)技术测定各个肽段的氨基酸序列,拟提高蛋白质的序列覆盖率和鉴定的可靠性.     

基于质谱的蛋白质组学方法新进展

蛋白质组学是后基因组时代的科研热点,其研究方向主要涵盖蛋白质表达谱、蛋白质翻译后修饰谱、蛋白质相互作用谱和单细胞蛋白质组等定性分析以及相对和绝对定量分析,现已广泛应用于生物、医药及病理研究中。由于质谱具有灵敏、准确、高通量等特点,是蛋白质组学研究必不可少的工具。本文综述了近年来基于质谱技术的蛋白质组鉴定及定量方法,并展望未来蛋白质组学研究的发展方向。     

跨平台的质谱蛋白回归定量和质量控制的参数方法

各质谱厂商通常使用不同的软件进行蛋白鉴定和定量,导致获得的数据和结果的通用性不佳。另外,目前蛋白质定量的准确性仍有提升空间。因此,开发一个标准化、自动化且定量更准确的蛋白质定量流程具有现实意义。采用肽段保留时间对齐和回归技术,可有效地减少中低丰度肽段鉴定信息缺失带来的影响,提高中低丰度蛋白的定量能力。一个综合考虑信号峰宽分布、保留时间分布以及肽段同位素模式分布等因素的肽段筛选器,可以有效地过滤掉不适宜定量的肽段信号,使肽段离子流色谱（XIC）峰定量面积的计算更为准确。该流程由数据开源转换、保留时间对齐与回归定量、肽段筛选器等模块构成,可准确定量不同平台产出的质谱数据,并明显改善低丰度蛋白的无标定量。经对比,该流程对蛋白质组学动态范围标准蛋白集（UPS2）的定量比MaxQuant和Proteome Discoverer的定量更准确。     

Phosphoproteomics by mass spectrometry and classical protein chemistry approaches

The general fields of biological sciences have seen phenomenal transformations in the past two decades at the level of data acquisition, understanding biological processes, and technological developments. Those advances have been made partly because of the advent of molecular biology techniques (which led to genomics) coupled to the advances made in mass spectrometry (MS) to provide the current capabilities and developments in proteomics. However, our current knowledge that approximately 30,000 human genes may code for up to 1 million or more proteins disengage the interface between the genome sequence database algorithms and MS to generate a major interest in independent de novo MS/MS sequence determination. Significant progress has been made in this area through procedures to covalently modify peptide N- and C-terminal amino-acids by sulfonation and guanidination to permit rapid de novo sequence determination by MS/MS analysis. A number of strategies that have been developed to perform qualitative and quantitative proteomics range from 2D-gel electrophoresis, affinity tag reagents, and stable-isotope labeling. Those procedures, combined with MS/MS peptide sequence analysis at the subpicomole level, permit the rapid and effective identification and quantification of a large number of proteins within a given biological sample. The identification of proteins per se, however, is not always sufficient to interpret biological function because many of the naturally occurring proteins are post-translationally modified. One such modification is protein phosphorylation, which regulates a large array of cellular biochemical pathways of the biological system. Traditionally, the study of phosphoprotein structure-function relationships involved classical protein chemistry approaches that required protein purification, peptide mapping, and the identification of the phosphorylated peptide regions and sites by N-terminal sequence analysis. Recent advances made in mass spectrometry have clearly revolutionized the studies of phosphoprotein biochemistry, and include the development of specific strategies to preferentially enrich phosphoproteins by covalent-modifications that incorporate affinity tags that use the physicochemical properties of phosphoaminoacids. The phosphoserine/phosphothreonine-containing proteins/peptides are derivatized under base-catalyzed conditions by thiol agents; mono- and di-thiol reagents both have been used in such studies. The thiol agent may have: (i) an affinity tag for protein enrichment; (ii) stable-isotopic variants for relative quantitation; or (iii) a combination of the moieties in (i) and (ii). These strategies and techniques, together with others, are reviewed, including their practical application to the study of phosphoprotein biochemistry and structure-function. The consensus of how classical protein chemistry and current MS technology overlap into special case of proteomics, namely "phosphoproteomics," will be discussed.     

基于生物质谱的蛋白质组学绝对定量方法研究进展

蛋白质组学定量方法包括相对定量和绝对定量两部分。相对定量蛋白质组学（也称比较蛋白质组学）是指对不同生理病理状态下细胞、组织或体液蛋白质表达量的相对变化进行比较分析;绝对定量蛋白质组学是测定细胞、组织或体液蛋白质组中每种蛋白质的绝对量或浓度。目前蛋白质组学的绝对定量方法主要有基于内标法的蛋白质组学绝对定量方法和基于质谱数据统计分析的非标记方法。蛋白质组学定量的信息可以帮助了解蛋白质在相互作用网络中所起的作用;通过对临床生物标记物绝对量的分析,可以帮助直观地判断疾病的发生和发展过程,这对于临床诊断和疾病治疗都具有现实的指导意义。     

Automated protein identification by tandem mass spectrometry: issues and strategies

Protein identification by tandem mass spectrometry (MS/MS) is key to most proteomics projects and has been widely explored in bioinformatics research. Obtaining good and trustful identification results has important implications for biological and clinical work. Although well matured, automated software identification of proteins from MS/MS data still faces a number of obstacles due to the complexity of the proteome or procedural issues of mass spectrometry data acquisition. Expected or unexpected modifications of the peptide sequences, polymorphisms, errors in databases, missed or non-specific cleavages, unusual fragmentation patterns, and single MS/MS spectra of multiple peptides of the same m/z are so many pitfalls for identification algorithms. A lot of research work has been carried out in recent years that yielded new strategies to handle a number of these issues. Multiple MS/MS identification algorithms are now available or have been theoretically described. The difficulty resides in choosing the most adapted method for each type of spectra being identified. This review presents an overview of the state-of-the-art bioinformatics approaches to the identification of proteins by MS/MS to help the reader doing the spade work of finding the right tools among the many possibilities offered.     

AB SCIEX TripleTOF 5600在蛋白质组学研究中的应用

ABSCIEX公司最新发布了全新的高分辨液相色谱质谱联用系统，TripleTOF5600。这一新产品是在享有盏名的API5500三重四极杆系统和QSTAR Elite（QqTOF）系统这两个技术平台的基础上开发出来的。这一全新的TripleTOF5600高分辨液相色谱质谱联用系统能够对复杂的蛋白质组学样品进行高通量分析，并能同时提供高质量的定性和定量结果。为了评估这款仪器的性能，我们设计了基于纳升液相色谱和TripleTOF5600联用系统的一系列实验。首先，我们应用这一拥有高分辨率、高灵敏度和高质量准确度的系统对酵母细胞裂解物的胰酶消化产物进行了分析。实验中采用了每秒最多采集50幅串联质谱谱图的信息相关采集模式，单次LC-MS／MS实验就鉴定了10，179条独特肽段和1174种蛋白（at 1％global false discoveryrate）。而实际达到了平均每秒54幅串联谱图的采集速度是在单次实验获得如此优异的鉴定结果的决定性因素。此外，我们也对一组含有五种已知蛋白以及部分重同位素标记肽段的样品进行了分析，以检验Triple TOF 5600的定量能力。实验中这五种蛋白质都获得了很高的序列覆盖率，其中进样量仅有1OOamol的Peroxiredoxin1蛋白的序列覆盖率也高达55％。而测试中得到肽段的平均质量偏差仅为1．7ppm，展示了Triple TOF 5600的高质量准确度和稳定性。我们还获得了高度准确的定量结果，充分证明了TrIple TOF 5600能够提供三重四极杆系统级别的定量结果。     

AB SCIEX TripleTOF 5600在蛋白质组学研究中的应用

AB SCIEX公司最新发布全新的高分辨液相色谱质谱联用系统——TripleTOF5600是在享有盛名的API 5500三重四极杆系统和QSTAR Elite(QqTOF)系统这两个技术平台的基础上开发出来的。TripleTOF 5600高分辨液相色谱质谱联用系统能够对复杂的蛋白质组学样品进行高通量分析,并能同时提供高质量的定性和定量结果。为评估这款仪器的性能,设计基于纳升液相色谱和TripleTOF 5600联用系统的一系列实验。首先,应用这一拥有高分辨率、高灵敏度和高质量准确度的系统对酵母细胞裂解物的胰酶消化产物进行分析。实验中采用每秒最多采集50幅串联质谱谱图的信息相关采集模式,单次LC-MS/MS实验就鉴定10179条独特肽段和1174种蛋白(at 1%global false discoveryrate)。而实际达到平均每秒34幅串联谱图的采集速度是在单次实验获得如此优异的鉴定结果的决定性因素。此外,也对一组含有5种已知蛋白以及部分重同位素标记肽段的样品进行分析,以检验TripleTOF 5600的定量能力。实验中这5种蛋白质都获得很高的序列覆盖率,其中进样量仅有100amol的Peroxiredoxin 1蛋白的序列覆盖率也高达53%。而测试中得到肽段的平均质量偏差仅为1.7 ppm,展示TripleTOF 5600的高质量准确度和稳定性。此外还获得高度准确的定量结果,充分证明TripleTOF 5600能够提供三重四极杆系统级别的定量结果。     

胍基化修饰结合稀土金属标记应用于蛋白质相对定量研究

稀土金属元素标记技术利用双功能试剂二乙三胺五乙酸双酸酐(DTPA双酸酐)将稀土金属元素和目标肽段连接起来作为质量标签,结合基质辅助激光解吸/电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)分析实现蛋白质的相对定量研究。为进一步提高标记效率,本研究对反应体系温度、pH值、反应时间和金属标签过量倍数等进行优化,并结合胍基化修饰技术封闭蛋白质酶切肽段中的侧链ε-氨基,使标记反应只发生在末端氨基,提高标记选择性。标准蛋白质实验结果表明,所有酶切肽段胍基化反应效率均大于95%,且胍基化修饰反应对金属标记效率没有影响。对于选定的7个标准蛋白质而言,每个蛋白质都至少有3个肽段可以得到良好的标记结果。对于离子抑制效应带来的干扰,可通过标准曲线进行校正,结果表明,当两种金属离子浓度比小于6时,该效应对蛋白质相对定量没有影响。胍基化修饰结合稀土金属标记方法不仅能在肽段水平实现相对定量,而且能在蛋白质水平实现相对定量。     

Recent trends of capillary electrophoresis‐mass spectrometry in proteomics research

Progress in proteomics research has led to a demand for powerful analytical tools with high separation efficiency and sensitivity for confident identification and quantification of proteins, posttranslational modifications, and protein complexes expressed in cells and tissues. This demand has significantly increased interest in capillary electrophoresis‐mass spectrometry (CE‐MS) in the past few years. This review provides highlights of recent advances in CE‐MS for proteomics research, including a short introduction to top‐down mass spectrometry and native mass spectrometry (native MS), as well as a detailed overview of CE methods. Both the potential and limitations of these methods for the analysis of proteins and peptides in synthetic and biological samples and the challenges of CE methods are discussed, along with perspectives about the future direction of CE‐MS. @ 2019 Wiley Periodicals, Inc. Mass Spec Rev 00:1–16, 2019.     

ICP‐MS‐Based strategies for protein quantification

In the post‐genomics era, proteomics has become a central branch in life sciences. An understanding of biological functions will not only rely on protein identification, but also on protein quantification in a living organism. Most of the existing methods for quantitative proteomics are based on isotope labeling combined with molecular mass spectrometry. Recently, a remarkable progress that utilizes inductively coupled plasma‐mass spectrometry (ICP‐MS) as an attractive complement to electrospray MS and MALDI MS for protein quantification, especially for absolute quantification, has been achieved. This review will selectively discuss the recent advances of ICP‐MS‐based technique, which will be expected to further mature and to become one of the key methods in quantitative proteomics. © 2009 Wiley Periodicals, Inc., Mass Spec Rev 29:326–348, 2010     

甲胎蛋白纯品的同位素稀释质谱法测定

建立了基于特征肽段的甲胎蛋白的液相色谱-同位素稀释串联质谱检测方法。选取3条同位素标记的甲胎蛋白特征肽段作为内标,准确称其质量后与酶切后的甲胎蛋白样品定量混合,采取Phenomenex Kinetex 2.6 μm C18色谱柱分离,电喷雾三重四极杆串联质谱多反应监测模式（MRM）测定,并对最优酶切条件、酶切效率以及定值结果的不确定度进行了考察和评定,得到的甲胎蛋白标准物质的最终测量结果为（0.329±0.016）mg/g。